RU2204973C2

RU2204973C2 - Liquid crystal shutter

Info

Publication number: RU2204973C2
Application number: RU97112909/14A
Authority: RU
Inventors: Стивен ПАЛМЕР (GB); Стивен ПАЛМЕР; Оке ХЕРНЕЛЛЬ (SE); Оке ХЕРНЕЛЛЬ
Original assignee: Хёрнелль Интернэшнл Аб
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1996-10-25
Publication date: 2003-05-27
Also published as: JP3922467B2; JPH10511885A; DE69628544T2; SE509569C2; SE9503783D0; SE9503783L; EP0805661B1; EP0805661A1; CN1169106A; ES2199300T3; CN1214772C; WO1997015254A1; US6097451A; AU7356596A; DE69628544D1

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: device is switchable from dark state of high light absorption degree to transparent state of low light absorption degree and in the opposite way. The device has slightly twisted liquid crystal cells of nematic type having twisting angle between 0 deg and a value slightly less than 90 deg, power supply source, electronic circuit producing measurable voltage exciting a cell. The voltage is twice as large as the threshold voltage of at least one of the liquid crystal cells. Polarity switch frequency is less than 1 Hz. EFFECT: variable permeability density; improved angular properties; low power consumption. 23 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к жидкокристаллическим затворам для электрооптических устройств защиты глаз, для экранов яркого света и для автоматически затемняющихся сварочных стеклянных фильтров и, более определенно, к устройствам согласно преамбуле п.1 формулы изобретения. The invention relates to liquid crystal shutters for electro-optical eye protection devices, for bright light screens and for automatically darkened welding glass filters, and, more specifically, to devices according to the preamble of claim 1.

Уровень техники
Жидкокристаллические затворы полезны в различных применениях, касающихся коэффициента пропускания света через аппаратуру, в которой можно переключать затвор между состоянием низкого поглощения света с низким значением плотности пропускания (оптической плотности) и состоянием высокого поглощения света с высоким значением плотности пропускания. Комбинируя поляризационные фильтры и жидкокристаллические ячейки, которые могут ориентироваться посредством электрического воздействия, коэффициент пропускания жидкокристаллических затворов известного уровня техники делается переменным в ответ на изменение электрического воздействия.State of the art
Liquid crystal shutters are useful in various applications regarding the transmittance of light through an apparatus in which the shutter can be switched between a low light absorption state with a low transmittance density (optical density) and a high light absorption state with a high transmittance value. By combining polarizing filters and liquid crystal cells that can be oriented by electrical action, the transmittance of liquid crystal shutters of the prior art is made variable in response to a change in electrical effect.

Эти виды затворов выгодно применять в качестве световых фильтров, например, в устройствах защиты глаз, таких как автоматически затемняющиеся сварочные стеклянные экраны. Однако жидкокристаллические затворы известного уровня техники имеют тот недостаток, что плотность пропускания является асимметричной и зависящей от угла падения проходящего света. Эта угловая зависимость обусловлена неполной молекулярной ориентацией под действием приложенного электрического поля, когда затвор возбуждается в промежуточном диапазоне напряжений, обычно между 2 и 10 вольтами, и она особенно неблагоприятна в применениях, которые требуют большого поля зрения. Другой проблемой является высокое потребление мощности таких затворов известного уровня техники, которое приводит к быстрому расходованию элементов батареи в передвижном оборудовании и имеет хорошо известные экономические аспекты, также как и аспекты безопасности (сохранности) и экологические. These types of shutters are advantageously used as light filters, for example, in eye protection devices, such as automatically darkened welding glass screens. However, liquid crystal shutters of the prior art have the disadvantage that the transmittance is asymmetric and depends on the angle of incidence of the transmitted light. This angular dependence is due to an incomplete molecular orientation under the action of an applied electric field, when the gate is excited in an intermediate voltage range, usually between 2 and 10 volts, and it is especially unfavorable in applications that require a large field of view. Another problem is the high power consumption of such valves of the prior art, which leads to the rapid consumption of battery cells in mobile equipment and has well-known economic aspects, as well as safety and environmental aspects.

Известная жидкокристаллическая ячейка в этом контексте состоит из жидкой смеси удлиненных молекул, помещенной в середине между двумя разграничивающими стеклянными пластинами. Поверхностные слои стеклянных пластин, обращенные к жидкой смеси, обрабатываются так, что ориентирующие директоры (направляющие устройства - пассивные элементы), например штрихи, формируются имеющими одинаковое направление, и жидкокристаллические молекулы, расположенные близко к такому поверхностному слою, стремятся ориентироваться параллельно директорам. При закручивании стеклянных пластин так, чтобы директоры были непараллельны, между стеклянными пластинами формируется спиральная структура жидкокристаллических молекул. Например, стандартная, закрученная на 90^o нематическая (TN) ячейка формируется с углом закручивания между направлениями ориентации молекул стеклянных пластин, равным 90^o. Молекулы жидкого кристалла, обычно используемые в этом контексте, имеют характерную положительную диэлектрическую анизотропию и могут поэтому быть преимущественно ориентированы при приложении электрического поля с напряжением выше, чем характерное пороговое значение ячейки. Спиральная структура молекулы в ячейке исчезает под электрическим воздействием, и вместо этого кристаллические молекулы ориентируются в соответствии с электрическим полем. Если поместить ячейку между поляризаторами, то плотность пропускания такого узла ячейки может управляться путем изменения приложенного электрического поля выше порогового напряжения, поэтому характеристика пропускания является, как правило, асимптотической. В этом электрически активизированном состоянии, однако, проявляется отмеченная оптическая угловая асимметрия.A known liquid crystal cell in this context consists of a liquid mixture of elongated molecules, placed in the middle between two differentiating glass plates. The surface layers of glass plates facing the liquid mixture are processed so that the orienting directors (guiding devices are passive elements), for example, strokes, are formed in the same direction, and liquid crystal molecules located close to such a surface layer tend to orient themselves parallel to the directors. When twisting the glass plates so that the directors are not parallel, a spiral structure of liquid crystal molecules is formed between the glass plates. For example, a standard 90 ^o swirling nematic (TN) cell is formed with a twist angle between the directions of orientation of the glass plate molecules equal to 90 ^o . The liquid crystal molecules commonly used in this context have a characteristic positive dielectric anisotropy and can therefore be advantageously oriented by applying an electric field with a voltage higher than the characteristic threshold value of the cell. The spiral structure of the molecule in the cell disappears under electrical influence, and instead the crystalline molecules orient themselves in accordance with the electric field. If you place the cell between the polarizers, then the transmittance of such a node of the cell can be controlled by changing the applied electric field above the threshold voltage, therefore, the transmittance is usually asymptotic. In this electrically activated state, however, marked optical angular asymmetry appears.

Примеси в жидкокристаллической ячейке стремятся взаимодействовать с жидкокристаллической структурой, и, в частности, присутствие, по-видимому, неизбежных щелочноземельных ионов вызывает в электрически активизированном состоянии ток утечки через ячейку. Если переключение ячейки приводится в действие постоянным током (DC) или низкочастотным напряжением, такие примесные ионы могут мигрировать по направлению к ориентированным слоям и внедряться во внутренние поверхности ячейки. После снятия возбуждающего напряжения электрическое поле через кристалл может все еще существовать из-за захваченных ионов и может воздействовать на переключение ячейки. Поэтому жидкокристаллические ячейки обычно возбуждаются переменным напряжением, например, напряжением прямоугольной формы, где полярность быстро переключается, чтобы предотвратить перемещение иона примеси и последующее ухудшение ячейки. При таких условиях ячейка становится подобной конденсатору с параллельными пластинами и должна непрерывно заряжаться и разряжаться при изменении полярности. Ток утечки протекает наряду с непрерывным зарядом и разрядом ячейки, что приводит к большому потреблению мощности в электрически активизированном состоянии. The impurities in the liquid crystal cell tend to interact with the liquid crystal structure, and, in particular, the presence of apparently inevitable alkaline earth ions causes a leakage current through the cell in an electrically activated state. If the cell switching is driven by direct current (DC) or low frequency voltage, such impurity ions can migrate towards the oriented layers and penetrate into the inner surfaces of the cell. After removal of the exciting voltage, an electric field through the crystal may still exist due to trapped ions and may affect cell switching. Therefore, liquid crystal cells are usually excited by an alternating voltage, for example, a rectangular voltage, where the polarity is quickly switched to prevent the movement of an impurity ion and subsequent cell deterioration. Under such conditions, the cell becomes similar to a capacitor with parallel plates and must be continuously charged and discharged when the polarity changes. The leakage current flows along with the continuous charge and discharge of the cell, which leads to a large consumption of power in an electrically activated state.

В патенте США 5315099 Gunz с соавторами предлагается уменьшить потребление мощности жидкокристаллической ячейки, которая содержит коррозионностойкий слой и коррозионнонейтральную жидкость или препятствующие коррозии добавки, путем применения напряжения относительно низкой частоты в диапазоне 0,1 Гц для сокращения чувствительности ячейки к изменениям оптической плотности из-за температурных колебаний и нестабильности источника напряжения, ячейка используется при возбуждающем напряжении, намного большем, чем пороговое напряжение, которое также имеет сдерживающее влияние на асимметрию оптического пропускания для двух полярностей напряжения. Однако жидкокристаллическая ячейка, как описано в патенте США 5315099, возбуждается при напряжении, значительно большем, чем требуется, чтобы достичь области асимптотического пикового значения плотности пропускания, и, следовательно, эта ячейка является в основном затвором с двумя состояниями. US Pat. No. 5,351,099 to Gunz et al. Proposes to reduce the power consumption of a liquid crystal cell that contains a corrosion-resistant layer and a corrosion-neutral liquid or corrosion inhibiting additives by applying a relatively low frequency voltage in the range of 0.1 Hz to reduce the sensitivity of the cell to changes in optical density due to temperature oscillations and instability of the voltage source, the cell is used with an exciting voltage much greater than the threshold voltage, which e also has a restraining effect on the asymmetry of optical transmission for two voltage polarities. However, the liquid crystal cell, as described in US Pat. No. 5,351,099, is excited at a voltage much higher than that required to reach the region of the asymptotic peak value of the transmittance, and therefore this cell is basically a two-state gate.

Другими недостатками включения жидкокристаллической ячейки на низких частотах или даже постоянным током являются, например, уменьшенный полезный срок службы, электрохимические изменения и зарядка слоев в пределах структур ячейки. В частности, при использовании возбуждающих напряжений, близких к пороговому напряжению, эффекты зарядки приводят к оптической асимметрии и пропусканию, зависящему от времени. Эти недостатки также подтверждаются техническими характеристиками изготовителей жидкокристаллических ячеек, где констатируется, что допустима только очень низкая составляющая постоянного тока. Other disadvantages of turning on the liquid crystal cell at low frequencies or even with direct current are, for example, reduced useful life, electrochemical changes, and charging of layers within the cell structures. In particular, when using exciting voltages close to the threshold voltage, charging effects lead to optical asymmetry and time-dependent transmission. These disadvantages are also confirmed by the technical characteristics of the manufacturers of liquid crystal cells, where it is stated that only a very low DC component is permissible.

В этом контексте типичное устройство ячейки состоит из жидкокристаллической ячейки твистнематического (TN) типа, вставленной между двумя взаимно скрещенными поляризационными фильтрами, в которых задающие стенки обработаны пластиковым слоем, который прочищался или протирался в определенных направлениях, так называемых направлениях ориентации, так, чтобы структура задающих поверхностей в жидком кристалле вынудила каждую из нематических молекул выбрать определенные угловые положения, и так, чтобы молекулы были взаимно закручены на 90^o между упомянутыми определяющими поверхностями. Другие способы поверхностной обработки, которые имеют соответствующие результаты, также известны в технике. В электрически не активизированном состоянии плоскость поляризации будет вращаться на 90^o по мере того, как свет проходит через фильтр и ячейка становится прозрачной. Это вращение нематических молекул можно останавливать в большей или меньшей степени, путем приложения электрического поля, и к тому же получать эффект фильтра, которым можно также управлять. Однако ячейка этого типа имеет относительно сильное угловое изменение коэффициента пропускания в темном, электрически активизированном состоянии, с изменяющимся поглощением света, который падает под углами, отличными от прямого угла; эта асимметрия усиливается далее тем фактом, что нематические молекулы, ближайшие к поверхности, связанные поверхностным эффектом, все еще вызывают подъем остаточной оптической активности. Таким образом, когда углы падения света увеличиваются по отношению к нормали, то есть перпендикуляру, фильтр в направлениях двух биссектрис между направлениями ориентации будет более прозрачным и относительно постоянным по отношению к направлениям скрещенных поляризаторов вдоль направления одной биссектрисы, в то же время затемняясь вдоль направления другой биссектрисы.In this context, a typical cell arrangement consists of a twist-nematic (TN) type liquid crystal cell inserted between two mutually crossed polarizing filters in which the master walls are treated with a plastic layer that is cleaned or rubbed in certain directions, the so-called orientation directions, so that the structure of the master surfaces in a liquid crystal forced each of the nematic molecules to select certain angular positions, and so that the molecules were mutually twisted by 90 ^o m between the mentioned defining surfaces. Other surface treatment methods that have corresponding results are also known in the art. In an electrically non-activated state, the plane of polarization will rotate 90 ^o as the light passes through the filter and the cell becomes transparent. This rotation of nematic molecules can be stopped to a greater or lesser extent by applying an electric field, and moreover, to obtain a filter effect, which can also be controlled. However, a cell of this type has a relatively strong angular change in transmittance in a dark, electrically activated state, with a varying absorption of light that falls at angles other than a right angle; this asymmetry is further enhanced by the fact that the nematic molecules closest to the surface, bound by the surface effect, still cause an increase in the residual optical activity. Thus, when the angles of incidence of light increase with respect to the normal, i.e. perpendicular, the filter in the directions of two bisectors between the directions of orientation will be more transparent and relatively constant with respect to the directions of crossed polarizers along the direction of one bisector, while at the same time darkening along the direction of the other bisectors.

Известно, как компенсировать эффект изменения коэффициента пропускания, комбинируя две TN ячейки, которые закручены на 90^o так, чтобы "слабая" биссектриса одной TN ячейки совпала с сильной биссектрисой другой ячейки, и наоборот. Однако, несмотря на эту компенсацию, поле зрения все еще оказывается неровным, что является неприятным для пользователя.It is known how to compensate for the effect of a change in the transmittance by combining two TN cells that are rotated 90 ^° so that the "weak" bisector of one TN cell coincides with the strong bisector of the other cell, and vice versa. However, despite this compensation, the field of view is still uneven, which is unpleasant for the user.

Усовершенствование в отношении угловой асимметрии зависимости пропускания обеспечивается технологией, раскрытой в находящихся на рассмотрении, но еще не опубликованных патентных описаниях SE 9401423-0 и соответствующем PCT/SE95/00455. Эти документы представляют устройство жидкокристаллической ячейки, содержащее две жидкокристаллические ячейки нематического типа, каждая ячейка обеспечивается ориентирующими молекулы пластинами, задающими направления ориентации молекулы с взаимным угловым смещением в неактивизированном состоянии и электрически возбуждаемое средство ориентации молекулы для управляемой ориентации молекулы в активированном состоянии. Каждая из жидкокристаллических ячеек устанавливается между взаимно гасящими поляризационными фильтрами, и направления ориентации молекул ячеек поворачиваются так, чтобы получить компенсирующий эффект между соответствующим асимметричным поглощением света ячеек, когда прикладывается напряжение. Проблема угловой зависимости пропускания является, согласно этим патентным описаниям, уменьшенной по меньшей мере одной из ячеек, имеющей угол между поверхностными директорами ориентации молекулы, который является меньше ранее известного угла закручивания 90^o. Для того чтобы иметь возможность прикладывать то же самое напряжение к двум различным жидкокристаллическим ячейкам, и к тому же упрощая требуемую электронику, в патентах SG 9401423-0 и PCT/SE95/00455 описана технология, в которой выгодно использовать две взаимно идентичных ячейки.The improvement with respect to the angular asymmetry of the transmission dependence is provided by the technology disclosed in the pending but not yet published patent descriptions SE 9401423-0 and the corresponding PCT / SE95 / 00455. These documents represent a liquid crystal cell device containing two nematic type liquid crystal cells, each cell is provided with orienting molecules plates defining the orientation directions of the molecules with mutual angular displacement in the non-activated state and an electrically excited means of molecular orientation for controlled orientation of the molecules in the activated state. Each of the liquid crystal cells is mounted between mutually quenched polarizing filters, and the orientation directions of the cell molecules are rotated so as to obtain a compensating effect between the corresponding asymmetric absorption of light of the cells when voltage is applied. The problem of the angular dependence of transmission is, according to these patent descriptions, reduced at least one of the cells having an angle between the surface directors of the orientation of the molecule, which is less than the previously known twist angle of 90 ^o . In order to be able to apply the same voltage to two different liquid crystal cells, and also simplifying the required electronics, patents SG 9401423-0 and PCT / SE95 / 00455 describe a technology in which it is advantageous to use two mutually identical cells.

Описанная технология также обеспечивает усовершенствование устройства (конструкции) затвора в отношении низкого поглощения в прозрачном состоянии. Кроме того, это устройство затвора, примененное, например, в защитном сварочном стекле, будет иметь переменное затемнение (темноту) в его затемненном состоянии так, чтобы позволить то же самое защитное стекло использовать с очень сильным сварочным светом и с намного более слабым сварочным светом, так, чтобы все типы сварочных работ могли бы быть выполнены с одним и тем же защитным стеклянным экраном в наилучшей возможной степени. Ранее в технике было известно, что оптическая активность может изменяться путем прикладывания различных напряжений, хотя неравномерность в зависящей от угла плотности пропускания стремится стать более неприятной, когда напряжение через ячейки возрастает в ранее известных методах. The described technology also provides an improvement in the device (design) of the shutter with respect to low absorption in a transparent state. In addition, this shutter device, used, for example, in a protective welding glass, will have a variable dimming (darkness) in its darkened state so as to allow the same protective glass to be used with a very strong welding light and with a much weaker welding light, so that all types of welding work can be performed with the same protective glass screen to the best extent possible. It was previously known in the art that optical activity can be changed by applying different voltages, although the unevenness in the angle-dependent transmittance tends to become more unpleasant when the voltage across the cells increases in previously known methods.

Одна из проблем, встречающихся при использовании ячеек, имеющих угол закручивания меньше 90^o, для удобства называемых как "ячейки с низким закручиванием", состоит в достижении высокого пропускания света в прозрачном состоянии, тогда как в то же самое время в темном состоянии получается достаточно низкое пропускание света. Следовательно, в соответствии с одним аспектом технологии SE 9401423-0 и PCT/SE95/00455 предпочтительно "симметричное" размещение поляризационного фильтра. Когда поляризационные фильтры расположены под углами взаимного пресечения 90^o, удобно устанавливать ячейки с низким закручиванием так, чтобы биссектриса между направлениями обработки поверхности по существу совпала с биссектрисой между направлениями поляризации фильтров. Самое большое пропускание света тогда будет получено в электрически неактивизированном состоянии устройства, то есть в его прозрачном состоянии.One of the problems encountered when using cells having a twist angle of less than 90 ^° , for convenience referred to as “low twist cells”, is to achieve high light transmission in a transparent state, while at the same time in a dark state a sufficiently low light is obtained light transmission. Therefore, in accordance with one aspect of the technology SE 9401423-0 and PCT / SE95 / 00455, a “symmetrical” placement of the polarizing filter is preferred. When the polarization filters are arranged at angles of mutual suppression of 90 ^° , it is convenient to install cells with low twisting so that the bisector between the directions of the surface treatment essentially coincides with the bisector between the directions of polarization of the filters. The largest transmission of light will then be obtained in the electrically inactive state of the device, that is, in its transparent state.

В соответствии с одним вариантом воплощения технологии SE 9401423-0 и PCT/SE95/00455 удобно также уменьшать толщину жидкокристаллических ячеек. Это приводит, в частности, к уменьшению времени переключения, потому что время переключения обратно пропорционально квадрату толщины ячейки. Таким образом, время переключения может быть уменьшено на значение порядка 50% путем уменьшения толщины жидкокристаллических ячеек с 4 до 3 мкм при прочих равных условиях. Это уменьшение толщины ячейки также требуется при использовании ячеек с низким закручиванием благодаря зависимости, которая, как обнаружилось, существует между значением толщины, умноженным на оптическую анизотропию, углом закручивания и пропусканием света в светлом или прозрачном состоянии. Эта зависимость может быть использована, чтобы сконструировать защитное сварочное стекло, которое имеет хорошие оптические угловые свойства, высокое пропускание света в прозрачном состоянии и быстрые характеристики переключения состояний. Это возможно только при использовании ячеек с низким закручиванием с поляризационными фильтрами, расположенными вышеупомянутым симметричным способом. According to one embodiment of the technology SE 9401423-0 and PCT / SE95 / 00455, it is also convenient to reduce the thickness of the liquid crystal cells. This leads, in particular, to a decrease in switching time, because the switching time is inversely proportional to the square of the cell thickness. Thus, the switching time can be reduced by a value of about 50% by reducing the thickness of the liquid crystal cells from 4 to 3 μm, ceteris paribus. This reduction in cell thickness is also required when using low swirl cells due to the relationship that is found to exist between the thickness value multiplied by optical anisotropy, the swirl angle, and the transmission of light in a light or transparent state. This dependence can be used to construct a protective welding glass that has good optical angular properties, high light transmission in a transparent state, and fast state switching characteristics. This is only possible when using low-swirl cells with polarizing filters located in the aforementioned symmetrical manner.

Фундаментальной причиной этой проблемы толщины является то, что ячейка, которая не имеет подходящей толщины, не будет функционировать и оптически чисто поворачивать падающий поляризованный свет, а вместо этого будет испускаться эллиптически поляризованный свет. Когда эта ячейка помещается между двумя взаимно скрещенными поляризационными фильтрами, пропускание будет изменяться периодически с толщиной ячейки. A fundamental reason for this thickness problem is that a cell that does not have a suitable thickness will not function and optically cleanly turn the incident polarized light, and instead an elliptically polarized light will be emitted. When this cell is placed between two mutually crossed polarizing filters, the transmission will change periodically with the thickness of the cell.

В соответствии с другим вариантом воплощения технологии SE 9401423-0 и PCT/SE95/00455 ячейка с низким закручиванием может быть установлена антисимметрично, имеется ввиду, что направление биссектрисы острого угла между направлениями ориентации молекулы обработанной поверхности ячейки (направления натирания) устанавливается таким, чтобы совпасть с направлением поляризации одного из взаимно скрещенных поляризаторов. В неактивизированном состоянии такое устройство проявит относительно низкое пропускание света, но более прозрачное состояние получается, когда прикладывается умеренное напряжение, это более прозрачное состояние, возвращающееся, как правило, к более темному состоянию, когда напряжение снова увеличивается. Одно преимущество этого устройства состоит в том, что потери в напряжении не приведут к потерям за счет поглощения света и что данный защитный эффект останется. Это позволяет легче поддерживать существующий стандарт для защитного сварочного стекла даже при высокой степени темноты (черноты). Этот стандарт требует, чтобы разница между отрегулированным состоянием и состоянием, которое бывает при потере тока питания, составляла самое большее девять степеней темноты. Это дает возможность использовать две асимметричные ячейки с низким закручиванием с поляризаторами, помещенными антисимметрично, или одной ячейки с симметрично установленными поляризаторами и одной ячейки с низким закручиванием с антисимметричными поляризаторами. In accordance with another embodiment of the technology SE 9401423-0 and PCT / SE95 / 00455, the low-twist cell can be installed asymmetrically, meaning that the direction of the acute angle bisector between the orientation directions of the molecule of the treated cell surface (rubbing direction) is set to match with the direction of polarization of one of the mutually crossed polarizers. In the non-activated state, such a device will exhibit relatively low light transmission, but a more transparent state is obtained when moderate voltage is applied, it is a more transparent state, which usually returns to a darker state when the voltage increases again. One advantage of this device is that voltage losses will not result in losses due to light absorption and that this protective effect will remain. This makes it easier to maintain the existing standard for protective welding glass even with a high degree of darkness (blackness). This standard requires that the difference between the adjusted state and the state that occurs when the supply current is lost is at most nine degrees of darkness. This makes it possible to use two asymmetric low-twist cells with polarizers placed antisymmetrically, or one cell with symmetrically mounted polarizers and one low-twist cell with antisymmetric polarizers.

Технология низкого закручивания, изложенная в патентах SE 9401423-0 и PCT/SE95/00455, решает проблему угловой зависимости устройства жидкокристаллической ячейки и также обеспечивает устройство изменяемой плотностью пропускания, зависящей от напряжения, но в способах электрического управления уровня техники потребление мощности остается еще относительно высоким. Проблема, которая должна быть решена настоящим изобретением, и, следовательно, задача изобретения состоит в том, чтобы получить жидкокристаллический затвор с переменной плотностью пропускания и улучшенными угловыми свойствами, то есть уменьшенную угловую зависимость плотности пропускания, наряду с низким потреблением мощности. Далее задача настоящего изобретения - обеспечить устройство, экранирующее яркий свет, и конструкцию сварочного стекла с переменной плотностью пропускания и улучшенными угловыми свойствами наряду с низким потреблением мощности. The low twisting technology described in patents SE 9401423-0 and PCT / SE95 / 00455 solves the problem of the angular dependence of the device of the liquid crystal cell and also provides the device with a variable transmission density depending on the voltage, but in the methods of electric control of the prior art the power consumption remains relatively high . The problem to be solved by the present invention, and therefore, the object of the invention, is to provide a liquid crystal shutter with a variable transmittance and improved angular properties, i.e. a reduced angular dependence of the transmittance, along with low power consumption. Further, the present invention is to provide a device that shields bright light, and the design of the welding glass with variable transmittance and improved angular properties along with low power consumption.

Сущность изобретения
В соответствии с изобретением проблема решена и задачи достигнуты посредством устройства слабо закрученной жидкокристаллической ячейки, возбуждаемой низкочастотным напряжением или напряжением постоянного тока (DC). Основным принципом решения проблемы является изменение электрооптических характеристик ячейки устройства так, чтобы разность между значением возбуждающего напряжения, требуемого для характерной оптической плотности пропускания и пороговым напряжением была больше, чем известная ранее. Другими словами, асимптотическая характеристика пропускания, зависящая от приложенного напряжения, расширена на более широкий диапазон напряжения. Как следствие, напряжение, используемое на практике для того, чтобы управлять пропусканием, варьируется в более широком диапазоне при более высоких значениях, чем в уровне техники, таким образом, минимизируя ограничения низкочастотных возбуждающих напряжений.SUMMARY OF THE INVENTION
In accordance with the invention, the problem is solved and the tasks are achieved by the device of a weakly twisted liquid crystal cell excited by a low-frequency voltage or direct current voltage (DC). The basic principle for solving the problem is to change the electro-optical characteristics of the device cell so that the difference between the value of the exciting voltage required for the characteristic optical transmittance and the threshold voltage is greater than previously known. In other words, the asymptotic transmission characteristic, depending on the applied voltage, is extended to a wider voltage range. As a consequence, the voltage used in practice to control the transmission varies in a wider range at higher values than in the prior art, thereby minimizing the limitations of low-frequency exciting voltages.

Указанные проблемы решаются путем создания жидкокристаллического затвора для экрана яркого света или сварочного стеклянного фильтра, выполненного с возможностью переключения из темного состояния высокого поглощения света в прозрачное состояние низкого поглощения света, и наоборот, в ответ на электрический сигнал, и содержащего две жидкокристаллические ячейки нематического типа, каждая из которых расположена между прозрачными нагруженными электродами пластинами, присоединенными к источнику напряжения, и которые обеспечиваются покрытиями, обработанными так, чтобы задавать направление молекулярной ориентации на их обращенных друг к другу поверхностях, посредством чего взаимное угловое смещение θ между упомянутыми пластинами побуждает жидкие кристаллы формировать закрученную спиральную структуру в отсутствие напряжения между электродными покрытиями на пластинах, причем каждая из ячеек устанавливается между двумя взаимно гасящими поляризационными фильтрами соответственно, и направления ориентации молекул повернуты так, чтобы получить эффект компенсации между соответствующим асимметричным поглощением света двух ячеек, когда прикладывается напряжение, причем по меньшей мере одно из закручивающих угловых смещений θ ячеек между упомянутыми направлениями ориентации молекул отличается от 90^o. В соответствии с настоящим изобретением средство для генерации переменного напряжения, возбуждающего ячейку, прикладывается к упомянутым пластинам, нагруженным электродами, причем упомянутое средство выполнено с возможностью выработки напряжения, возбуждающего ячейку, более чем вдвое превышающего пороговое напряжение по меньшей мере для одной из жидкокристаллических ячеек и с частотой переключения полярности менее чем 1 Гц.These problems are solved by creating a liquid crystal shutter for a bright light screen or a welding glass filter, configured to switch from a dark state of high light absorption to a transparent state of low light absorption, and vice versa, in response to an electrical signal, and containing two nematic type liquid crystal cells, each of which is located between transparent plates loaded with electrodes connected to a voltage source, and which are provided fishes treated in such a way as to set the molecular orientation on their facing surfaces, whereby the mutual angular displacement θ between the said plates causes the liquid crystals to form a twisted spiral structure in the absence of voltage between the electrode coatings on the plates, each cell being installed between two mutually quenching polarizing filters, respectively, and the orientation directions of the molecules are rotated so as to obtain the effect of compensation between have respective asymmetrical light absorption by the two cells when a voltage is applied, wherein at least one of the angular displacements θ swirl cells between molecules mentioned orientation directions different from 90 ^o. In accordance with the present invention, means for generating an alternating voltage exciting a cell is applied to said plates loaded with electrodes, said means being capable of generating a voltage exciting a cell more than twice the threshold voltage for at least one of the liquid crystal cells and with a polarity switching frequency of less than 1 Hz.

Таким образом, в соответствии с одним аспектом изобретения, с изменения характеристики пропускания устройства жидкокристаллической ячейки, концепция уходит дальше от ранее известного типичного угла закручивания в 90^o в "твист-нематических" ячейках и вместо этого применяет меньший угол, который меньше 85^o и который предпочтительно находится в диапазоне между 20 и 85^o, а в некоторых вариантах воплощения даже в диапазоне от 0 до 20^o. Хотя видимая асимметрия оптического пропускания становится более отчетливой у каждой отдельной ячейки, тем не менее наблюдается улучшенная однородность поля, когда комбинируются две таких ячейки.Thus, in accordance with one aspect of the invention, by changing the transmittance of the device of the liquid crystal cell, the concept goes further from the previously known typical twist angle of 90 ^° in the “twist-nematic” cells and instead applies a smaller angle that is less than 85 ^° and which preferably is in the range between 20 and 85 ^o , and in some embodiments, even in the range from 0 to 20 ^o . Although the apparent asymmetry of optical transmission becomes more pronounced for each individual cell, nevertheless, an improved field uniformity is observed when two such cells are combined.

Другие аспекты изобретения касаются переменной плотности пропускания и потребления мощности, и до настоящего времени такая комбинация ячейки использовалась с высокой частотой возбуждающего напряжения в соответствии с хорошо известными характеристиками жидких кристаллов, и для того, чтобы избежать вышеупомянутых недостатков низкочастотных возбуждающих напряжений. Расширяя характеристику пропускания на устройство со слабым закручиванием, значение плотности пропускания в верхнем наиболее темном диапазоне может варьироваться посредством более высокого возбуждающего напряжения, и в соответствии с настоящим изобретением было установлено, что этот факт допускает более низкую частоту возбуждающего напряжения. Для применений в сварочных стеклянных фильтрах значение плотности пропускания, или число затемнения, определяется традиционно как D=1+7/3x¹⁰log (1/Т), где Т - коэффициент пропускания, и для практических целей критические значения находятся в диапазоне 9-14. Таким образом, в предпочтительных вариантах воплощения изобретенного затвора устройство возбуждается с частотой напряжения ниже чем 1 Гц или даже постоянным напряжением, полярность которого тогда переключается с установленной скоростью.Other aspects of the invention relate to variable transmittance and power consumption, and to date, such a combination of cells has been used with a high frequency of exciting voltage in accordance with the well-known characteristics of liquid crystals, and in order to avoid the aforementioned disadvantages of low frequency exciting voltages. By expanding the transmission characteristic to a device with weak twisting, the transmission density in the upper darkest range can be varied by a higher exciting voltage, and in accordance with the present invention, it has been found that this fact allows a lower frequency of the exciting voltage. For applications in welding glass filters, the transmittance, or dimming number, is traditionally defined as D = 1 + 7 / 3x ¹⁰ log (1 / T), where T is the transmittance, and for practical purposes, critical values are in the range of 9-14 . Thus, in preferred embodiments of the inventive shutter, the device is energized with a voltage frequency lower than 1 Hz or even a constant voltage, the polarity of which is then switched at a set speed.

В соответствии с другим аспектом изобретения предложен жидкокристаллический затвор для экрана яркого света или сварочного стеклянного фильтра, выполненный с возможностью переключения из темного состояния высокого поглощения света в прозрачное состояние низкого поглощения света, и наоборот, в ответ на электрический сигнал и который включает в себя две жидкокристаллические ячейки нематического типа, расположенные между прозрачными нагруженными электродами пластинами, присоединяемыми к источнику напряжения, которые обеспечиваются покрытиями, обработанными так, чтобы задавать направление молекулярной ориентации на их обращенных друг к другу поверхностях, посредством чего взаимное угловое смещение между упомянутыми пластинами побуждает жидкие кристаллы формировать закрученную спиральную структуру в отсутствие напряжения между электродными покрытиями на пластинах, причем каждая из ячеек устанавливается между взаимно гасящими поляризационными фильтрами, и направления ориентации молекул повернуты так, чтобы получить эффект компенсации между соответствующим асимметричным поглощением света двух ячеек, когда прикладывается напряжение, в котором по меньшей мере одно из закручивающих угловых смещений ячеек между упомянутыми направлениями ориентации молекул отличается от 90^o, в соответствии с изобретением средство для генерации переменного напряжения, возбуждающего ячейку, прикладывается к упомянутым пластинам, нагруженным электродами, причем упомянутое средство выполнено с возможностью выработки напряжения, возбуждающего ячейку, более чем вдвое превышающего пороговое напряжение по меньшей мере для одной из жидкокристаллических ячеек.In accordance with another aspect of the invention, there is provided a liquid crystal shutter for a bright light screen or a welding glass filter, configured to switch from a dark state of high light absorption to a transparent state of low light absorption, and vice versa, in response to an electrical signal and which includes two liquid crystal nematic type cells located between transparent plate-loaded electrodes connected to a voltage source, which are provided by by coatings treated so as to set the molecular orientation on their facing surfaces, whereby the mutual angular displacement between the said plates causes the liquid crystals to form a twisted spiral structure in the absence of voltage between the electrode coatings on the plates, each cell being installed between mutually quenching polarizing filters, and the orientation directions of the molecules are rotated so as to obtain a compensation effect between the corresponding by symmetric light absorption of two cells, when a voltage is applied in which at least one of the twisting angular displacements of the cells between said molecular orientation directions differs from 90 ^° , in accordance with the invention, means for generating an alternating voltage exciting the cell is applied to said plates loaded electrodes, and the said tool is configured to generate a voltage that excites the cell, more than twice the threshold voltage at least at least for one of the liquid crystal cells.

В соответствии со следующим аспектом изобретения предложен жидкокристаллический затвор для экрана яркого света или сварочного стеклянного фильтра, выполненный с возможностью переключения из темного состояния высокого поглощения света в прозрачное состояние низкого поглощения света, и наоборот, в ответ на электрический сигнал, и который включает в себя две жидкокристаллических ячейки нематического типа, расположенные между прозрачными нагруженными электродами пластинами, присоединяемыми к источнику напряжения, которые обеспечиваются покрытиями, обработанными так, чтобы задавать направление молекулярной ориентации на их обращенных друг к другу поверхностях, посредством чего взаимное угловое смещение между упомянутыми пластинами побуждает жидкие кристаллы формировать закрученную спиральную структуру в отсутствие напряжения между электродными покрытиями на пластинах, причем каждая из ячеек устанавливается между взаимно гасящими поляризационными фильтрами, и в котором направления ориентации молекул повернуты так, чтобы получить эффект компенсации между соответствующим асимметричным поглощением света двух ячеек, когда прикладывается напряжение, в котором по меньшей мере одно из закручивающих угловых смещений ячеек между упомянутыми направлениями ориентации молекул отличается от 90^o, в соответствии с изобретением средство для генерации переменного напряжения, возбуждающего ячейку, прикладывается к упомянутым пластинам, нагруженным электродами, причем упомянутое средство выполнено с возможностью выработки напряжения, возбуждающего ячейку, более чем вдвое превышающего пороговое напряжение по меньшей мере для одной из жидкокристаллических ячеек, в котором возбуждающее ячейку напряжение является напряжением переменного тока.According to a further aspect of the invention, there is provided a liquid crystal shutter for a bright light screen or a welding glass filter, configured to switch from a dark state of high light absorption to a transparent state of low light absorption, and vice versa, in response to an electrical signal, and which includes two liquid crystal cells of a nematic type, located between transparent plates loaded with electrodes, connected to a voltage source, which provide are coated so as to set the molecular orientation on their facing surfaces, whereby the mutual angular displacement between the said plates causes the liquid crystals to form a twisted spiral structure in the absence of voltage between the electrode coatings on the plates, each cell being set between extinguishing polarizing filters, and in which the orientation directions of the molecules are rotated so as to obtain a compensation effect between the corresponding by asymmetric absorption of light from two cells, when a voltage is applied in which at least one of the twisting angular displacements of the cells between said molecular orientation directions differs from 90 ^° , in accordance with the invention, means for generating an alternating voltage exciting the cell is applied to said plates, loaded with electrodes, said means being capable of generating a voltage exciting a cell more than twice the threshold voltage at least one of the liquid crystal cells in which the exciting cell is an AC voltage.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен жидкокристаллический затвор для экрана яркого света или сварочного стеклянного фильтра, выполненный с возможностью переключения из темного состояния высокого поглощения света в прозрачное состояние низкого поглощения света, и наоборот, в ответ на электрический сигнал, и который включает в себя две жидкокристаллических ячейки нематического типа, расположенные между прозрачными нагруженными электродами пластинами, присоединяемыми к источнику напряжения, которые обеспечиваются покрытиями, обработанными так, чтобы задавать направление молекулярной ориентации на их обращенных друг к другу поверхностях, посредством чего взаимное угловое смещение между упомянутыми пластинами побуждает жидкие кристаллы формировать закрученную спиральную структуру в отсутствие напряжения между электродными покрытиями на пластинах, причем каждая из ячеек устанавливается между взаимно гасящими поляризационными фильтрами, и в котором направления ориентации молекул повернуты так, чтобы получить эффект компенсации между соответствующим асимметричным поглощением света двух ячеек, когда прикладывается напряжение, в котором по меньшей мере одно из закручивающих угловых смещений ячеек между упомянутыми направлениями ориентации молекул отличается от 90^o, в соответствии с изобретением средство для генерации переменного напряжения, возбуждающего ячейку, прикладывается к упомянутым пластинам, нагруженным электродами, причем упомянутое средство выполнено с возможностью выработки напряжения, возбуждающего ячейку, более чем вдвое превышающего пороговое напряжение по меньшей мере для одной из жидкокристаллических ячеек, в котором напряжение, возбуждающее ячейки, является напряжением постоянного тока.In accordance with another aspect of the invention, there is provided a liquid crystal shutter for a bright light screen or a welding glass filter, configured to switch from a dark state of high light absorption to a transparent state of low light absorption, and vice versa, in response to an electrical signal, and which includes two nematic type liquid crystal cells located between transparent electrodes-loaded plates connected to a voltage source that provide I coatings, processed so as to set the direction of molecular orientation on their facing each other surfaces, whereby the mutual angular displacement between the said plates causes the liquid crystals to form a twisted spiral structure in the absence of voltage between the electrode coatings on the plates, each cell being set between extinguishing polarizing filters, and in which the orientation directions of the molecules are rotated so as to obtain a compensation effect between the corresponding favoring asymmetric absorption of light by the two cells when a voltage is applied, wherein at least one of swirl angular displacements cells between molecules mentioned orientation directions different from 90 ^o, according to the invention, the means for generating the AC voltage to excite the cell is applied to said plates, loaded with electrodes, said means being capable of generating a voltage exciting a cell more than twice the threshold voltage e at least for one of the liquid crystal cells in which the voltage of stimulating cell is a DC voltage.

Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его воплощения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 дано трехмерное изображение известного ранее устройства жидкокристаллического затвора, содержащего закрученные на 90^o нематические ячейки,
фиг. 2 иллюстрирует две жидкокристаллические разграничивающие пластины жидкокристаллической ячейки в соответствии с изобретением,
фиг.3 изображает характеристики пропускания различных комбинаций жидкокристаллических ячеек,
фиг. 4а, 4b и 4c изображают примеры эффектов асимметрии пропускания для устройств затворов известного уровня техники,
фиг.4d изображает степень асимметрии пропускания, получающуюся в результате работы на низкой частоте, для различных значений плотности пропускания и различных изобретенных комбинаций ячеек, по сравнению с известным уровнем техники,
фиг. 5а и 5b изображают блок-схемы, иллюстрирующие варианты воплощения электрических схем для работы жидкокристаллического затвора в соответствии с изобретением,
фиг.6 изображает, как оптимальный угол закручивания изменяется в зависимости от произведения оптической анизотропии на толщину ячейки,
фиг. 7 изображает характеристики пропускания устройства в соответствии с изобретением, включая задерживающую пленку, и характеристики пропускания устройства без какой-либо компенсирующей задерживающей пленки,
фиг.8 изображает в принципе вариант воплощения изобретения, обеспеченный задерживающей пленкой.Brief Description of the Drawings
The invention is further explained in the description of specific variants of its embodiment with reference to the accompanying drawings, in which:
figure 1 is a three-dimensional image of a previously known liquid crystal shutter device containing 90 nematic cells twisted by 90 ^° ,
FIG. 2 illustrates two liquid crystal dividing plates of a liquid crystal cell in accordance with the invention,
figure 3 depicts the transmission characteristics of various combinations of liquid crystal cells,
FIG. 4a, 4b, and 4c show examples of transmission asymmetry effects for prior art gate devices,
fig.4d depicts the degree of asymmetry of transmission resulting from operation at a low frequency, for different values of the transmittance and various invented combinations of cells, compared with the prior art,
FIG. 5a and 5b are block diagrams illustrating embodiments of electrical circuits for operating a liquid crystal shutter in accordance with the invention,
6 depicts how the optimal twist angle varies depending on the product of optical anisotropy by the thickness of the cell,
FIG. 7 shows the transmission characteristics of a device in accordance with the invention, including a delay film, and transmission characteristics of a device without any compensating delay film,
Fig. 8 shows, in principle, an embodiment of the invention provided with a retention film.

Подробное описание изобретения
Принципиальное трехмерное изображение фиг.1 показывает различные компоненты защитного сварочного стекла. Самым дальним от середины компонентом является интерференционный фильтр 1, который также функционирует, чтобы исключить ультрафиолетовый (УФ) и инфракрасный (ИК) свет и ограничить диапазон длин волн. Затем следуют первый поляризационный фильтр 2, или поляризатор, первая оптически вращающая жидкокристаллическая ячейка 3, второй поляризационный фильтр 4, направление поляризации которого находится под прямым углом к направлению поляризации первого поляризационного фильтра 2, вторая оптически вращающая жидкокристаллическая ячейка 5 и третий поляризационный фильтр 6, который имеет такое же направление поляризации, как и первый поляризационный фильтр 2. Устройство может также дополнительно включать, так называемую ячейку гость-хозяин 7. Последняя ячейка не является оптически вращающей ячейкой, но вместо этого включает в себя нематический жидкий кристалл, молекулы которого обычно ориентированы параллельно с направлением поляризации третьего поляризационного фильтра с помощью подготовленных стеклянных поверхностей. Смешанные молекулы дихроичного красителя, имеющие направленное анизотропное поглощение, являются высоко поглощающими в ориентированном состоянии. Когда прикладывается напряжение, молекулы нематического кристалла установятся под прямыми углами к упомянутым поверхностям и вместе с тем заставят молекулы дихроичного красителя двигаться к ориентациям, в которых поглощается малейшее количество света. Ячейки этого вида известны в технике. Одно преимущество, даваемое такими ячейками по сравнению с другими ячейками, то, что они обеспечат фильтрующий эффект при отсутствии приложенного напряжения, тогда как другие ячейки прозрачны для света при отсутствии приложенного напряжения. Когда такое устройство затвора, примененное к сварочному фильтру, принимается для использования, его схемы управления активизируются, и напряжение прикладывается к ячейке гость-хозяин 7, фильтр становится более открытым для света. Датчик (не показан) теперь может обнаружить, поступает или нет свет сварки на фильтр, с помощью чего схема управления (не показана) вызывает подачу управляющего напряжения к ячейкам 3 и 5, в то же время временем исключая подачу напряжения к ячейке 7. Устройство этого типа является общим как для изобретения, так и для ранее известной техники, поскольку это изобретение касается природы жидких кристаллов.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The principal three-dimensional image of FIG. 1 shows various components of a protective welding glass. The farthest component from the middle is the interference filter 1, which also functions to eliminate ultraviolet (UV) and infrared (IR) light and to limit the wavelength range. This is followed by a first polarizing filter 2, or a polarizer, a first optically rotating liquid crystal cell 3, a second polarizing filter 4, the polarization direction of which is at right angles to the polarization direction of the first polarizing filter 2, a second optically rotating liquid crystal cell 5 and a third polarizing filter 6, which has the same direction of polarization as the first polarizing filter 2. The device can also optionally include the so-called guest-host cell 7. P the last cell is not an optically rotating cell, but instead includes a nematic liquid crystal, the molecules of which are usually oriented in parallel with the direction of polarization of the third polarizing filter using prepared glass surfaces. Mixed dichroic dye molecules having directed anisotropic absorption are highly absorbent in an oriented state. When a voltage is applied, the nematic crystal molecules will be set at right angles to the mentioned surfaces and at the same time will cause the dichroic dye molecules to move to orientations in which the smallest amount of light is absorbed. Cells of this kind are known in the art. One advantage provided by such cells compared to other cells is that they will provide a filtering effect in the absence of applied voltage, while other cells are transparent to light in the absence of applied voltage. When such a shutter device applied to the welding filter is accepted for use, its control circuits are activated, and voltage is applied to the guest-host cell 7, the filter becomes more open to light. A sensor (not shown) can now detect whether or not welding light arrives at the filter, whereby a control circuit (not shown) causes the supply of control voltage to cells 3 and 5, while at the same time excluding the supply of voltage to cell 7. This of the type is common to both the invention and the prior art, since this invention relates to the nature of liquid crystals.

Обращенные внутрь поверхности стеклянных пластин ячеек обеспечиваются прозрачными электрически проводящими электродными слоями (например, слои окиси индия-олова), на которые наносится, например, слой полиимидного пластика, который обрабатывался механически, обычно путем прочистки/протирки в определенных направлениях, в соответствии с известной техникой в направлениях, которые являются перпендикулярными в обращенных друг к другу поверхностях. В соответствии с этой известной техникой ячейки 3 и 5 ориентируются противоположно друг относительно друга, например так, чтобы поверхность первой ячейки, которая получает свет в ячейке 3, обрабатывается в направлении, находящемся антипараллельно к первой поверхности, которая получает свет в ячейке 5. Посредством этого достигается компенсация, описанная во введении. The inwardly facing surfaces of the glass plates of the cells are provided with transparent, electrically conductive electrode layers (for example, indium tin oxide layers) onto which, for example, a layer of polyimide plastic is applied that has been machined, usually by cleaning / wiping in certain directions, in accordance with known techniques in directions that are perpendicular to facing each other. In accordance with this known technique, cells 3 and 5 are oriented opposite to each other, for example, so that the surface of the first cell that receives light in cell 3 is processed in a direction that is antiparallel to the first surface that receives light in cell 5. By this the compensation described in the introduction is achieved.

Можно заставить сварочный стеклянный фильтр уровня техники со структурой такого типа сделать переход из его прозрачного состояния, имеющего плотность приблизительно 3, к значениям плотности в пределах от 9 до 14 путем изменения приложенного напряжения приблизительно между 3 и 5 вольтами. Обычно к обеим ячейкам прикладывается одно и то же напряжение. You can make the welding glass filter of the prior art with this type of structure make a transition from its transparent state, having a density of approximately 3, to density values ranging from 9 to 14 by changing the applied voltage between approximately 3 and 5 volts. Usually the same voltage is applied to both cells.

Плотность изменяется, потому что напряжение, которое стремится ориентировать нематические молекулы параллельно с электрическим полем, противодействует пластиковым слоям на внутренних поверхностях стекла, которые заставляют молекулы быть выровненными параллельно с поверхностями, и, следовательно, электрически наведенная ориентация имеет самый большой эффект в центре ячейки и уменьшается по направлению к упомянутым поверхностям. Однако на практике некоторая оптическая активность будет всегда оставаться из-за эффектов поверхностного слоя. The density changes because the voltage, which tends to orient the nematic molecules in parallel with the electric field, counteracts the plastic layers on the inner surfaces of the glass, which cause the molecules to be aligned in parallel with the surfaces, and therefore the electrically induced orientation has the greatest effect in the center of the cell and decreases towards the mentioned surfaces. However, in practice, some optical activity will always remain due to the effects of the surface layer.

Плотность пропускания или значение затемнения определяется в соответствии со стандартами сварки как
D=1+7/3х¹⁰log (1/Т),
где Т - значение пропускания.The transmittance or dimming value is determined in accordance with welding standards as
D = 1 + 7 / 3x ¹⁰ log (1 / T),
where T is the transmission value.

Несмотря на компенсацию, которая достигается в отношении наклонных углов падения, при применении этого известного метода в поле зрения все еще остаются существенные различия. Despite the compensation that is achieved with respect to inclined angles of incidence, significant differences still remain in the field of view when applying this known method.

Концепция жидкокристаллических защитных сварочных стеклянных структур в известном уровне техники основывалась на ожидаемой естественной геометрии, которая имеет место, когда ориентация кристалла закручивается на угол θ, равный 90^o, в ответ на вынужденные состояния на граничных поверхностях. Усовершенствование может быть достигнуто путем уменьшения угла, на который кристалл закручивается. Фиг. 2 иллюстрирует пару пластин жидкокристаллической ячейки. Обращенные друг к другу поверхности пластин 10 и 11 обеспечены каждая электрически проводящими слоями и тонкими пластиковыми покрытиями. Эти слои и покрытия прочищены или протерты в соответствии со стрелками 12 и 13, но под углом θ между ними. В соответствии с известным методом этот угол 90^o, но в соответствии с настоящим изобретением он меньше 90^o. Как иллюстрируется, расположение пластины предназначено для ячейки, которая вращает плоскость поляризации естественно против часовой стрелки, хотя ячейки, которые вращают по часовой стрелке, также известны. Пластины обеспечиваются в позициях 14 и 15 средством, через которое может прикладываться напряжение. Номера позиций 16 и 17 обозначают идентификационные метки, сделанные на краях пластины.The concept of liquid crystal protective welding glass structures in the prior art was based on the expected natural geometry, which occurs when the orientation of the crystal is twisted by an angle θ equal to 90 ^o in response to forced states on the boundary surfaces. Improvement can be achieved by reducing the angle at which the crystal is twisted. FIG. 2 illustrates a pair of plates of a liquid crystal cell. The surfaces of the plates 10 and 11 facing each other are each provided with electrically conductive layers and thin plastic coatings. These layers and coatings are cleaned or rubbed in accordance with arrows 12 and 13, but at an angle θ between them. In accordance with the known method, this angle is 90 ^o , but in accordance with the present invention it is less than 90 ^o . As illustrated, the arrangement of the plate is for a cell that rotates the plane of polarization naturally counterclockwise, although cells that rotate clockwise are also known. The plates are provided at positions 14 and 15 with a means through which voltage can be applied. Key numbers 16 and 17 indicate identification marks made at the edges of the plate.

Жидкокристаллический затвор в соответствии с изобретением, примененный в качестве фильтра в защитном сварочном стекле, включенном в сварочный шлем, видится тому, на ком надет шлем как затемненное окно. Фильтр активизируется и имеет оптическую плотность в прямом направлении, эта оптическая плотность, однако, имеет угловую вариацию. Как было показано в SE 9401423-0 и PCT/SE95/00455, полученный эффект фильтрации будет гораздо более однородным по изменяющимся углам зрения, когда угол θ отличается от 90^o, чем в нематических ячейках, закрученных на 90^o известного уровня техники.A liquid crystal shutter according to the invention, used as a filter in a protective welding glass included in a welding helmet, is seen to be worn on the helmet like a darkened window. The filter is activated and has an optical density in the forward direction; this optical density, however, has an angular variation. As shown in SE 9401423-0 and PCT / SE95 / 00455, the resulting filtering effect will be much more uniform in changing viewing angles when the angle θ differs from 90 ^° than in nematic cells twisted by 90 ^{° of the} prior art.

Использование двух идентичных жидкокристаллических ячеек влечет за собой то преимущество, что обе ячейки могут возбуждаться одним и тем же напряжением, которое можно варьировать, чтобы производить различные плотности. Это упрощает требуемую электронику. Однако, это вынужденное состояние более не применяется, когда используется более дорогая электроника, такая электроника обеспечивает большую степень свободы для получения упомянутой компенсации. The use of two identical liquid crystal cells entails the advantage that both cells can be excited by the same voltage, which can be varied to produce different densities. This simplifies the required electronics. However, this forced state is no longer applicable when more expensive electronics are used, such electronics provide a greater degree of freedom to receive the said compensation.

Как отмечено ранее, имеется хорошая причина не только для того, чтобы уменьшить угол закручивания, но также и уменьшить толщину ячейки до соответствующей степени. Обнаружено, что существует оптимальная толщина (или более правильно, оптимальное произведение оптической анизотропии на толщину) для каждого угла закручивания, и это соотношение изображено на фиг.6. Наилучшее возможное прозрачное состояние получается с этой оптимальной толщиной. As noted earlier, there is a good reason not only to reduce the twist angle, but also to reduce the cell thickness to an appropriate degree. It was found that there is an optimal thickness (or more correctly, an optimal product of optical anisotropy by thickness) for each twist angle, and this ratio is depicted in Fig.6. The best possible transparent state is obtained with this optimum thickness.

В соответствии с изобретением возбуждающее напряжение должно подаваться на низкой частоте, и это напряжение значительно выше, чем пороговое напряжение для материала жидкокристаллической ячейки. Что касается устройства жидкокристаллической ячейки, которое должно варьироваться в темном состоянии, для него требуется характеристика пропускания, которая распространяется по широкому диапазону напряжения. Фиг.3 изображает соотношение между плотностью пропускания или числом затенения, и приложенным напряжением для различных комбинаций жидкокристаллических ячеек. Кривая 100 описывает характеристику комбинации из двух ячеек с углом закручивания 90^o, кривая 102 - комбинацию из двух ячеек с углом закручивания 70^o, тогда как кривые 104 и 106 изображают характеристики отдельных ячеек с углами закручивания 90 и 70^o, соответственно. Из графика ясно, что чем меньше угол закручивания, тем больше диапазон напряжения между минимумом пропускания приблизительно на 1,5 вольт и асимптотическим максимумом пропускания для каждой разновидности ячеек.In accordance with the invention, the exciting voltage must be applied at a low frequency, and this voltage is much higher than the threshold voltage for the material of the liquid crystal cell. As for the device of the liquid crystal cell, which should vary in the dark state, it requires a transmission characteristic that spreads over a wide voltage range. Figure 3 depicts the relationship between the transmittance or the number of shading, and the applied voltage for various combinations of liquid crystal cells. Curve 100 describes the characteristic of a combination of two cells with a twist angle of 90 ^o , curve 102 describes a combination of two cells with a twist angle of 70 ^o , while curves 104 and 106 depict the characteristics of individual cells with twist angles of 90 and 70 ^o , respectively. It is clear from the graph that the smaller the twist angle, the greater the voltage range between the minimum transmittance of approximately 1.5 volts and the asymptotic maximum transmittance for each type of cell.

Фиг.4а, 4b и 4c изображают типичный эффект асимметрии пропускания, зависящей от полярности, когда жидкокристаллический затвор уровня техники работает на низкой частоте; ступеньки кривых возникают в связи с каждым изменением полярности. Фиг.4а изображает эффект асимметрии пропускания, вызванный эффектом перманентной зарядки; фиг. 4b изображает оптический эффект асимметрии, вызванный формированием заряда во время интервала переключения полярности, этот заряд постепенно уменьшает эффективное напряжение по жидкокристаллическому слою, и фиг.4c изображает типичную комбинацию двух эффектов. Характерные значения пропускания эффекта асимметрии сильно зависят от материала, используемого в жидкокристаллической ячейке, также как от условий работы. Фиг.4d изображает на графике контрольных результатов степень асимметрии пропускания для различных значений плотности пропускания и различных изобретенных комбинаций ячеек с низким закручиванием, по сравнению с нематическими ячейками, закрученными на 90^o известного уровня техники, когда они возбуждаются постоянным напряжением с низкой частотой изменения полярности. Значение плотности пропускания, или число затенения, показано на горизонтальной оси графика, а значение асимметрии показано на вертикальной оси. Степень асимметрии здесь выражена как разность между числами затенения, достигнутыми с двумя различными полярностями приложенного напряжения.4a, 4b, and 4c depict a typical polarity-dependent transmission asymmetry effect when the prior art liquid crystal shutter operates at a low frequency; steps of curves arise in connection with each change in polarity. Fig. 4a shows the effect of transmission asymmetry caused by the effect of permanent charging; FIG. 4b depicts the optical asymmetry effect caused by the formation of a charge during the polarity switching interval, this charge gradually reduces the effective voltage across the liquid crystal layer, and FIG. 4c shows a typical combination of two effects. The characteristic transmission values of the asymmetry effect strongly depend on the material used in the liquid crystal cell, as well as on the operating conditions. Fig. 4d depicts on the graph of control results the degree of asymmetry of transmittance for different values of transmittance and various inventive combinations of cells with low twisting, compared with nematic cells twisted by 90 ^{° of the} prior art when they are excited by a constant voltage with a low frequency of polarity reversal. The transmission density value, or the number of shading, is shown on the horizontal axis of the graph, and the asymmetry value is shown on the vertical axis. The degree of asymmetry is expressed here as the difference between the shading numbers achieved with two different polarities of the applied voltage.

Из фиг.4d ясно, что степень асимметрии для некоторых значений плотности существенно ниже для углов закручивания, например 60 или 70^o, чем для угла закручивания 90^o. Так, например, степень асимметрии для значения плотности 10 в 2-3 раза ниже с углом закручивания 70^o, чем с 90^o. Подобное сравнение для значения плотности 12 показывает, что значение асимметрии в 5-10 раз ниже с углом закручивания 70^o. Усовершенствования даже лучше для более низкого угла закручивания 60^o. Уменьшение углов закручивания ниже 60^o приводит к дальнейшему уменьшению степени асимметрии, и тогда требуемое возбуждающее напряжение возрастает.From fig.4d it is clear that the degree of asymmetry for some density values is significantly lower for twist angles, for example 60 or 70 ^o than for a twist angle of 90 ^o . So, for example, the degree of asymmetry for a density value of 10 is 2-3 times lower with a twist angle of 70 ^o than with 90 ^o . A similar comparison for the density value 12 shows that the asymmetry value is 5-10 times lower with a twist angle of 70 ^o . Improvements are even better for a lower twist angle of 60 ^o . The reduction of the twist angles below 60 ^o leads to a further decrease in the degree of asymmetry, and then the required exciting voltage increases.

Фиг.5а и 5b представляют собой блок-схемы, иллюстрирующие варианты воплощения электрической схемы 20 для работы жидкокристаллического затвора 18 в соответствии с изобретением. Фиг.5а изображает общие компоненты такой электрической управляющей схемы, содержащей управляемый напряжением переключатель полярности, который подсоединяется к источнику 22 напряжения через вход 24 напряжения. Переключатель 26 полярности напряжения подсоединяется к средству 28 управления возбуждающим напряжением ячейки, имеющему вход 30 сигнала управления и которое подсоединяется выходом 32 к жидкокристаллическому затвору 18. Электронная схема 20 разработана, чтобы производить напряжение, возбуждающее ячейку, значительно выше, например, для самого темного состояния в 1,5-10 раз выше, чем пороговое напряжение жидкокристаллического материала ячеек в затворе. 5a and 5b are block diagrams illustrating embodiments of an electric circuit 20 for operating the liquid crystal shutter 18 in accordance with the invention. Fig. 5a depicts common components of such an electrical control circuit comprising a voltage controlled polarity switch that is connected to a voltage source 22 through a voltage input 24. The voltage polarity switch 26 is connected to the cell drive voltage control means 28 having a control signal input 30 and which is connected by the output 32 to the liquid crystal shutter 18. The electronic circuit 20 is designed to produce a voltage that excites the cell much higher, for example, for the darkest state in 1.5-10 times higher than the threshold voltage of the liquid crystal material of the cells in the gate.

Фиг. 5b изображает другой вариант воплощения электрической управляющей схемы 20 фиг. 5а. Источник 22 напряжения постоянного тока на фиг.5b соединяется с регулятором 34 напряжения, который сам соединяется со средством 28 управления возбуждающим напряжением, таким как возбуждающая схема 28. Возбуждающая схема 28 соединяется с переключателем 26 полярности в виде генератора или схемы опрокидывания (мультивибратора), которая управляет возбуждающей частотой или полярностью напряжения, подводимого к жидкокристаллической ячейке 18 от возбуждающей схемы 28. Эти воплощения обеспечиваются двумя входами сигналов управления, во-первых, входом 25 светового детектора и, во-вторых, входом 30 сигнала управления плотностью пропускания, благодаря которому выбирается результирующее затенение затвора. Внешний световой детектор 23, содержащий фоточувствительный датчик 21, подходящим образом присоединен к входу 25 внешнего светового детектора. FIG. 5b depicts another embodiment of the electrical control circuit 20 of FIG. 5a. The DC voltage source 22 in FIG. 5b is connected to a voltage regulator 34, which itself connects to the excitation voltage control means 28, such as the excitation circuit 28. The excitation circuit 28 is connected to the polarity switch 26 in the form of a generator or a rollover circuit (multivibrator), which controls the exciting frequency or polarity of the voltage supplied to the liquid crystal cell 18 from the driving circuit 28. These embodiments are provided by two inputs of control signals, firstly, the input 25, the light detector and, secondly, the transmission density of the input 30 a control signal, whereby the resulting selected shutter shading. An external light detector 23 comprising a photosensitive sensor 21 is suitably connected to an input 25 of an external light detector.

Полярность возбуждающего напряжения, например, может переключаться с заданной скоростью или изменяться в ответ на каждое обнаруженное внезапное увеличение в окружающем свете. Последнее является подходящим для применения в сварочном стеклянном фильтре. The polarity of the exciting voltage, for example, can switch at a given speed or change in response to each detected sudden increase in ambient light. The latter is suitable for use in a glass welding filter.

Вследствие как низкого угла закручивания, так и уменьшенного параметра Δn•d, оптические угловые свойства двулучепреломляющей ячейки с 0^o с Δn•d в диапазоне 0,27 микрометров оказались очень благоприятными и, очевидно, подходящими как для конструкции затвора из одиночной ячейки, так и из двойной жидкокристаллической ячейки, которой требуется широкое и симметричное поля зрения. Из-за большой остаточной задержки, существующей в 0^o-ячейке, когда она возбуждается при напряжениях меньше 10 вольт, достигаемый контраст ячейки из такого устройства оказывается меньшим по сравнению с аналогичным для закрученной на 90^o нематической жидкокристаллической ячейки. В соответствии с вариантом воплощения изобретения контраст ячейки улучшается посредством добавления компенсирующей задерживающей пленки. В 0^o-двулучепреломляющей ячейке подходящим является воплощение небольшого значения задержки, приблизительно от 25 до 30 нм. Для того чтобы максимизировать компенсирующий эффект, задерживающая пленка должна быть предпочтительно ориентирована так, чтобы направление быстрой оси было перпендикулярным к входу и к векторам молекулярного директора выходной поверхности ячейки. Компенсирующий задерживающий слой для 0^o-двулучепреломляющей ячейки, например, может быть в виде отдельной одноосной задерживающей пленки, со значением толщины между 10 и 50 нм. В другом варианте воплощения компенсирующий задерживающий слой может быть выполнен посредством задерживающих пленок, которые ориентированы так, что чистая полная задержка, произведенная пленками, находится в пределах упомянутого интервала. Например, с компенсирующей задерживающей пленкой в 27 нм, добавленной в устройство затвора, оптимальное значение Δn•d комбинации ячейки возрастает приблизительно от 0,27 до 0,277 микрометров.Due to both a low twist angle and a reduced parameter Δn • d, the optical angular properties of a birefringent cell with 0 ^o with Δn • d in the range of 0.27 micrometers were very favorable and, obviously, suitable both for the construction of a single-cell shutter and from a double liquid crystal cell, which requires a wide and symmetrical field of view. Due to the large residual delay existing in the 0 ^o cell, when it is excited at voltages less than 10 volts, the achieved contrast of the cell from such a device turns out to be lower compared to the same for a 90 ^o swirling nematic liquid crystal cell. According to an embodiment of the invention, the contrast of the cell is improved by adding a compensating retardation film. In a 0 ^o birefringent cell, an embodiment of a small delay value of about 25 to 30 nm is suitable. In order to maximize the compensating effect, the retarding film should preferably be oriented so that the direction of the fast axis is perpendicular to the input and to the molecular director vectors of the output surface of the cell. The compensating retardation layer for a 0 ^o birefringent cell, for example, may be in the form of a separate uniaxial retardation film, with a thickness value between 10 and 50 nm. In another embodiment, the compensating retardation layer can be made by means of retention films that are oriented so that the net total delay produced by the films is within the range mentioned. For example, with a 27 nm compensation delay film added to the shutter device, the optimal value Δn • d of the cell combination increases from about 0.27 to 0.277 micrometers.

Фиг. 6 иллюстрирует, как оптимальный угол закручивания изменяется в зависимости от произведения оптической анизотропии на толщину ячейки. FIG. 6 illustrates how the optimal twist angle varies with the product of optical anisotropy and cell thickness.

Фиг.7 изображает электрооптические свойства жидкокристаллического устройства, включающего 4 микронную 0^o-двулучепреломляющую ячейку. Двулучепреломляющая ячейка, в этом случае содержащая жидкий кристалл Merck ZLI-4246, дающий значение Δn•d приблизительно 0,52 микрометра, помещается между взаимно скрещенными поляризаторами, ориентированными под углами 45 и 135^o относительно входного вектора молекулярного директора. Ячейка в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения помещается вместе с полосовым фильтром, который имеет высокий оптический коэффициент пропускания в центральной части видимого спектра, который находится в диапазоне от 500 до 600 нм. Кривая 20 показывает оптический отклик комбинации ячейки без какой-либо компенсирующей задерживающей пленки, тогда как кривая 22 показывает комбинацию ячейки, включающую компенсирующую задерживающую пленку толщиной 26 нм, ориентированную так, что быстрая ось является перпендикуляром ко входному молекулярному директору. На фиг.7 ясно видно улучшение контраста ячейки с компенсирующей задерживающей пленкой.7 depicts the electro-optical properties of a liquid crystal device comprising a 4 micron 0 ^o- birefringent cell. A birefringent cell, in this case containing Merck ZLI-4246 liquid crystal, giving an Δn • d value of approximately 0.52 micrometers, is placed between mutually crossed polarizers oriented at angles of 45 and 135 ^o relative to the input vector of the molecular director. A cell in accordance with one embodiment of the invention is placed together with a band-pass filter, which has a high optical transmittance in the central part of the visible spectrum, which is in the range from 500 to 600 nm. Curve 20 shows the optical response of a cell combination without any compensating retardation film, while curve 22 shows the cell combination including a 26 nm thick compensating retention film, oriented so that the fast axis is perpendicular to the input molecular director. 7 clearly shows the improvement in the contrast of the cell with a compensating retention film.

Фиг.8 изображает в принципе воплощение изобретения, обеспеченное задерживающей пленкой 8, помещенной на одной стороне одной жидкокристаллической ячейки 3 между поляризационными фильтрами 2 и 4. Также возможно разместить задерживающую пленку в пределах жидкокристаллической ячейки 3 между пластинами, направляющими молекулярную ориентацию. Fig. 8 depicts, in principle, an embodiment of the invention provided with a retention film 8 placed on one side of one liquid crystal cell 3 between polarizing filters 2 and 4. It is also possible to place the retention film within the liquid crystal cell 3 between plates guiding the molecular orientation.

Claims

1. A liquid crystal shutter (18) for a bright light screen or a welding glass filter, configured to switch from a dark state of high light absorption to a transparent state of low light absorption, and vice versa, in response to an electrical signal, and which includes two liquid crystal cells (3, 5) of the nematic type, each of which is located between transparent plates loaded with electrodes (10, 11), connected to the voltage source (22), and which are provided with coatings processed so as to set the direction (12, 13) of molecular orientation on their facing surfaces, whereby the mutual angular displacement between the said plates (10, 11) causes liquid crystals to form a twisted spiral structure in the absence of voltage between the electrode coatings on the plates, moreover, each of the cells (3, 5) is installed between mutually quenching polarizing filters (2, 4) and (4, 6), respectively, and the directions (12, 13) of the molecular orientations are rotated so as to obtain the compensation effect between have respective asymmetrical light absorption by the two cells when a voltage is applied, wherein at least one of swirl imparting angular displacement θ of cells between said directions (12, 13) molecular orientations different from 90 ^o, characterized in that the means for generating the AC voltage to excite a cell is applied (14, 15) to said plates (10, 11), said means is configured to generate a voltage exciting a cell more than twice the threshold voltage of at least d I one of the liquid crystal cells (3, 5) and a polarity switching frequency of less than 1 Hz.

2. A liquid crystal shutter (18) for a bright light screen or a welding glass filter, configured to switch from a dark state of high light absorption to a transparent state of low light absorption, and vice versa, in response to an electrical signal, and which includes two liquid crystal cells nematic type, located between the transparent plates loaded with electrodes, connected to the voltage source (22), and which are provided with coatings processed so as to specify the direction of molecular orientation on their facing each other surfaces, whereby the mutual angular displacement between the said plates causes liquid crystals to form a twisted spiral structure in the absence of voltage between the electrode coatings on the plates, each cell being installed between mutually quenched polarizing filters, and the orientation of the molecules rotated so as to obtain the effect of compensation between the corresponding asymmetric absorption of light of two cells, when and a voltage is applied in which at least one of the twisting angular displacements of the cells between said molecular orientation directions differs from 90 ^° , characterized in that the means for generating an alternating voltage exciting the cell is applied to said plates loaded with electrodes, said means being made with the possibility of generating a voltage exciting the cell, more than twice the threshold voltage for at least one of the liquid crystal cells.

3. A liquid crystal shutter (18) for a bright light screen or a welding glass filter, configured to switch from a dark state of high light absorption to a transparent state of low light absorption, and vice versa, in response to an electrical signal, and which includes two liquid crystal cells nematic type, located between the transparent plates loaded with electrodes, connected to the voltage source (22), and which are provided with coatings processed so as to specify the direction of molecular orientation on their facing each other surfaces, whereby the mutual angular displacement between the said plates causes liquid crystals to form a twisted spiral structure in the absence of voltage between the electrode coatings on the plates, in which each cell is installed between mutually quenched polarizing filters, and in which the orientation directions of the molecules are rotated so as to obtain a compensation effect between the corresponding asymmetric absorption of light by two x cells, when a voltage is applied in which at least one of the twisting angular displacements of the cells between said molecular orientation directions differs from 90 ^° , characterized in that the means for generating an alternating voltage exciting the cell is applied to said electrode-loaded plates, said the means is configured to generate a voltage exciting the cell, more than twice the threshold voltage for at least one of the liquid crystal cells, in which The exciter cell voltage is AC voltage.

4. The gate according to claim 3, characterized in that the voltage exciting the cell has a polarity switching frequency of less than 1 Hz.

5. A liquid crystal shutter (18) for a bright light screen or a welding glass filter, configured to switch from a dark state of high light absorption to a transparent state of low light absorption, and vice versa, in response to an electrical signal, and which includes two liquid crystal cells nematic type, located between the transparent plates loaded with electrodes, connected to the voltage source (22) and cells, which are provided with coatings processed so that determine the direction of molecular orientation on their facing each other surfaces, whereby the mutual angular displacement between the said plates causes liquid crystals to form a twisted spiral structure in the absence of voltage between the electrode coatings on the plates, in which each cell is installed between mutually quenched polarizing filters, and where the orientation directions of the molecules are rotated so as to obtain a compensation effect between the corresponding asymmetric absorption of two cells, when a voltage is applied in which at least one of the twisting angular displacements of the cells between said molecular orientation directions differs from 90 ^° , characterized in that the means for generating an alternating voltage exciting the cell is applied to said plates loaded with electrodes, said means is configured to generate a voltage exciting a cell more than twice the threshold voltage for at least one of the liquid crystal cells A cell in which the voltage exciting the cells is a DC voltage.

6. The shutter according to claim 5, characterized in that the polarity of the voltage exciting the cell is switched at selected intervals.

7. The shutter according to claim 5, characterized in that the polarity of the voltage exciting the cell is switched at a set speed.

8. The shutter according to claim 5, characterized in that the polarity of the voltage exciting the cell is switched in response to a selected event, for example in response to a detected increase in ambient light.

9. The shutter according to claim 5, 6 or 7, characterized in that the frequency of switching the polarity of the voltage exciting the cell is less than 1 Hz.

10. Shutter according to any one of paragraphs. 1-9, characterized in that the angle between the directions of orientation is such that the transmittance or the number of shutter shading varies in the range from 9 to 14 with a voltage that excites the cell, more than double the threshold voltage of at least one of the liquid crystal cells.

11. Shutter according to any one of paragraphs. 1-10, characterized in that the twisting angular displacement between the directions of the orientation of the molecules of at least one of the cells has an angle between 0 and 85 ^o .

12. Shutter according to any one of paragraphs. 1-11, characterized in that the thickness of the liquid crystal cell, which differs from 90 ^{o of} angular twisting between said orientation direction, adapted so that the product of the thickness by the difference between the highest and lowest refractive indices of the liquid crystal material for different polarization directions is at most , 0.4 μm, and that each cell has an angular difference between the above coatings, which determine the direction of the molecules, at most 70 ^o .

13. The shutter according to claim 12, characterized in that said thickness is equal to or less than 0.3 microns.

14. Shutter according to any one of paragraphs. 1-13, characterized in that the two cells are essentially identical, and in that the voltage source is configured to apply and apply equal voltage to the cells.

15. Shutter according to any one of paragraphs. 1-14, characterized in that the polarizing filters, between which the respective cells are installed, have polarization directions that intersect each other at an angle of 90 ^o .

16. Shutter according to any one of paragraphs. 1-15, characterized in that at least one of the cells in which the coatings that specify the direction of orientation of the molecules have a mutual angular displacement of less than 90 ^o , and is installed between polarization filters, the polarization directions of which coincide with the directions of the corresponding nearest coatings.

17. Shutter according to any one of paragraphs. 1-16, characterized in that the bisector of the acute angle between the directions of orientation, which differs from 90 ^o , is basically parallel to the bisector of the angle between the polarization directions of the two surrounding polarizing filters.

18. Shutter according to any one of paragraphs. 1-17, characterized in that at least one of the liquid crystals has a ratio between, on the one hand, the product of the thickness by the difference between the highest and lowest refractive indices of the liquid crystal cells for different directions of polarization, and on the other hand, the angle between these directions of orientation that corresponds to a point on the curve shown in FIG. 6.

19. Shutter according to any one of paragraphs. 1-18, characterized in that for at least one of the cells, the angular displacement between the directions of orientation represents an angle between 0 and 70 ^o , and the fact that the delaying film is located in connection with the liquid crystal cells.

20. Shutter according to any one of paragraphs. 1-19, characterized in that the means for generating a variable voltage, exciting the cell, contains an electronic circuit (20) connected to the voltage input (24) connected to the voltage source (22), means (26), switching the voltage polarity for control the polarity of the output voltage exciting the cell, said means (26) for switching the polarity of the voltage being connected to means (28) for controlling the exciting voltage, which receives a control signal from the input (30) of the control signal and which SINGLE output (32) the excitation voltage to the cell.

21. Shutter according to any one of paragraphs. 1-20, characterized in that the means for generating a variable voltage, exciting the cell, is provided by the input of the detector (25) connected to the external light detector (23), and that it contains a voltage regulator (34) connected to the input (30) control signal and hue selector.

22. Shutter according to any one of paragraphs. 1-21, characterized in that the means of switching the polarity of the voltage is a generator or multivibrator.

23. Shutter according to any one of paragraphs. 1-22, characterized in that it is a welding glass filter or used in an optical instrument such as an optical magnifying telescope or binoculars.